Исследователи Salk составили эпигеномную карту стволовых клеток, имитирующих раннее развитие человека

Ученые давно знали, что контрольные механизмы, известные под общим названием «эпигенетика», играют критическую роль в развитии человека, но не знали точно, как изменения в этом дополнительном слое биохимических инструкций в ДНК влияют на развитие.

В первом комплексном анализе эпигенетических изменений, происходящих во время развития, группа ученых из нескольких институтов, включая Институт биологических исследований Солка, обнаружила, как модификации ключевых эпигенетических маркеров влияют на эмбриональные стволовые клетки человека при их дифференцировке в специализированные клетки организма. Результаты опубликованы 9 мая в журнале Cell.

Ученые установили, что программа экспрессии генов, закодированная в ДНК, осуществляется белками, которые связываются с регуляторными генами. Растущее количество данных показывает, что поддержание этого процесса зависит от эпигенетических меток, таких как метилирование ДНК и модификации хроматина. Эти биохимические процессы изменяют экспрессию генов по мере деления клеток и их дифференцировки из эмбриональных стволовых клеток в специфические ткани.

В исследовании ученые изучили начальное состояние клеток до и после их развития в определенные типы. Начиная с одного типа клеток — эмбриональной стволовой клетки человека H1 (наиболее изученной линии) — команда проследила динамику изменений эпигенетических меток от одного состояния к другому.

Ключевые выводы:

• Участки ДНК, активирующие регуляторные гены, различаются по содержанию нуклеотидов «C» и «G» в зависимости от времени включения этих генов в процессе развития.
• Регуляторные гены, контролирующие раннее развитие, часто расположены в так называемых «долинах метилирования» (DMVs). Эти участки богаты CG и лишены метилирования, поэтому регулируются другим механизмом — модификациями хроматина.
• Гены, активные в более зрелых клетках с определенным типом ткани, как правило, бедны CG и регулируются метилированием ДНК.

Результаты показывают, что различные эпигенетические механизмы регулируют ранние и поздние стадии дифференцировки эмбриональных стволовых клеток.

Значение исследования:

• Понимание того, как возникает линия клеток, помогает понять, что идет правильно или неправильно во время дифференцировки.
• Это может помочь в получении качественных клеточных типов для различных терапий.
• Понимание нормального развития может дать ключи к тому, как обратить процесс вспять и превратить взрослые клетки в стволовые для регенерации тканей.
• Результаты могут помочь в изучении развития опухолей. В нормальной ткани DMVs не метилированы, а при раке (особенно молочной железы, толстой кишки и легких) они гиперметилированы. Это говорит о том, что изменения в механизме метилирования ДНК могут быть важным фактором развития опухоли.